Question

4．物理實驗復習時，小美和小麗在探究有關杠桿平衡的問題．小美的實驗如下：

（1）如圖1（a）所示，為使杠桿在水平位置平衡，應將杠桿右端的平衡螺母向右旋．（填“左”或“或”）
（2）如圖1（b）所示，在A位置上掛兩個相同鉤碼，應該在B位置掛上1個同樣的鉤碼，才能使杠桿在水平位置平衡．
（3）如圖1（c）所示，彈簧測力計由豎直方向逐漸向左轉動，杠桿始終保持水平平衡，則彈簧測力計的示數將變大（填“變大”“變小”或“不變”）．
小麗的實驗如下：
（4）先將杠桿調節至水平位置平衡，在左右兩側各掛如圖2甲所示的鉤碼后，杠桿的左端下降．要使杠桿重新在水平位置平衡，如果不改變鉤碼總數和懸掛點位置，只需將左側2個鉤碼取下掛到右側鉤碼下面即可．
（5）小麗還想探究當動力和阻力在杠桿同側時杠桿的平衡情況，于是她將杠桿左側的所有鉤碼拿掉，結果框框杠桿轉至豎直位置，如圖2乙所示．小麗在A點施加一個始終水平向右的拉力F，卻發現無論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡．你認為原因是水平位置時動力臂為零．
（6）小麗認為（5）問中拉力是做功的．如果每個鉤碼的質量均為50g，杠桿上每格的長度均為10cm，在水平向右的拉力F作用下，杠桿從豎直位置拉著轉過60°的過程中，拉力F的大小變大（選填“變大”、“變小”或“不變”），拉力F所做的功至少為0.15J．

Answer 1

分析 （1）調節杠桿兩端的平衡螺母，使平衡螺母向上翹的一端移動，使杠桿在水平位置平衡；
（2）設杠桿的一個小格為L，一個鉤碼重為G，根據杠桿平衡求出鉤碼的個數；
（3）根據杠桿的平衡條件可知，阻力和阻力臂不變時，動力臂減小，動力變大；
（4）根據圖甲中左右兩側掛鉤碼后兩邊力與力臂的乘積大小，判斷杠桿的哪端下降；根據杠桿的平衡條件計算不改變鉤碼總數和懸掛點位置時，掛鉤碼情況；
（5）分析F作用下其力臂變化情況，根據杠桿的平衡條件找到原因；
（6）根據杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂分析解答．

解答 解：（1）如圖，杠桿的右端上翹，右端的平衡螺母向上翹的右端移動，使杠桿在水平位置平衡；
（2）設杠桿的一個小格為L，一個鉤碼重為G，因為，F₁l₁=F₂l₂，所以，2G×2L=nG×4L，所以，n=1，所以在A處掛1個鉤碼；
（3）彈簧測力計由豎直方向逐漸向左轉動時，阻力和阻力臂不變，動力臂變小，根據杠桿的平衡條件可知，動力變大，所以，彈簧測力計的示數將變大；
（4）若每個鉤碼重為G，杠桿上每格長L，由圖甲，左側力與力臂的乘積：5G×4L=20GL，右側力與力臂的乘積：2G×3L=6GL，因為：20GL＞6GL，所以杠桿左側下降；如果不改變鉤碼總數和懸掛點位置，若要杠桿平衡，左側取下n個鉤碼掛到右側，則：（5-n）G×4L=（2+n）G×3L，解得：n=2，即需將左側2個鉤碼取下掛到右側鉤碼下面；
（5）由圖2乙將杠桿左側的所有鉤碼拿掉，在A點施加一個始終水平向右的拉力F，當杠桿拉到水平位置時F的力臂通過支點，即力臂為0，根據杠桿的平衡條件所以始終不能平衡；
（6）由杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂可知，杠桿從豎直位置拉著轉過60°的過程中，阻力不變，阻力臂變大，動力臂變小，拉力F變大；
杠桿從豎直位置拉著轉過60°的過程中，拉力F所做的功等于克服重力所做的功，G通過的距離為h=$\frac{1}{2}$×30cm=15cm，即W=Gh=mgh=0.1Kg×10N/Kg×0.15m=0.15J；
故答案為：（1）右；（2）1；（3）變大；（4）左；取下左側兩個鉤碼掛到右側鉤碼下方；（5）水平位置時動力臂為零；（6）變大；0.15．

點評 本題重點考查探究杠桿平衡條件的實驗調平和操作，要求平時做實驗時多加注意，鍛煉自己的實驗操作能力．正確理解杠桿的平衡條件是關鍵．